基于EDA技术的HDB3编码器的设计与实现

0 引言

HDB3码(High Density Bip01ar Code of threecodes，三阶高密度双极性码)是串行数据传输的一种重要编码方式，也是数字通信系统中重要组成部分之一。和最常用的NRZ码(Non—Return Zero，非归零码)相比，HDB3码具有很多优点，例如：消除了NRZ码的直流成分，具有时钟恢复和更好的抗干扰性能，这使它更适合于长距离信道传输。同时，HDB3码具有较强的检错能力，当数据序列用HDB3码传输时，若传输过程中出现单个误码，其极性交替变化规律将受到破坏，因而在接收端根据HDB3码这一独特规律特性，可检出错误并纠正错误，同时HDB3码方便提取位定时信息。因而HDB3码作为数据传输的一种码型，应用广泛，成为ITU推荐使用的码型之一。HDB3码编译码器的实现有多种途径，常用的解决方案是应用专用的HDB3收发芯片，如选用专用E1收发芯片DS2153Q和单片机实现该码制的转换功能。本文提供了一种利用现代EDA技术，以ACEX系列FPGA芯片EPlK10为硬件平台，以Quartus II为软件平台，以VHDL，为开发工具，适合于FPGA实现的HDB3编码器的设计方案。

1 HDB3码的编码规则

HDB3码的编码规则如下：

(1)将消息代码变换成AMI码；

AMI码(Alternate Mark Inversion)全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码0和1按如下规则进行编码：代码0仍变换为传输码0，而把代码中的1交替地变为传输码的+1，-1，+1，-l，……。

(2)检查AMI码中的连0情况，当无4个或4个以上的连0串时，则保持AMI的形式不变；若出现4个或4个以上连0串时，则将1后的第4个0变为与前一非O码(+1或-1)同极性的符号，用V表示(+n己为+V，-n己为-V)。

(3)检查相邻v码间的非0码的个数是否为偶数，若为偶数，则再将当前的V码的前一非0码后的第1个0变为+B或-B码，且B的极性与前一非O码的极性相反，并使后面的非0码从V码开始再交替变化。

NRZ码转换为HDB3码的过程如表l举例所示。

2 HDB3编码器的建模与实现

如果直接将要进行编码的数据按上述编码原则先转换成AMI码，然后进行加v码，加B码操作，会发现转化成AMI码时有一个"+1""一1"码极性形成的过程，而在加B码操作之后，非零码元相应极性还有可能进行反转，因此有两个信号极性产生的过程。

分析HDB3的编码结果：V码的极性是正负交替的，余下的1码和B码看成为一体也是正负交替的，同时满足V码的极性与前面的非零码极性一致。由此产生了利用FPGA进行HDB3码编码的思路：先进行加V码，加B码操作，在此过程中，暂不考虑其极性，然后将V码，1码和B码分成两组，分别进行极性变换来一次实现。这样可以提高系统的效率，同时减小系统延时。

HDB3编码器的数字电路部分由三个模块组成：V码产生单元(v Gen)，B码产生单元(B Gen)，单极性一双极性转换单元(single2double)，其结构图如图1所示。

2．1 V码产生单元(V_Gen)

V码产生单元的功能实际上就是对消息代码里的四连0串的检测，即当出现四个连0串的时候，把第四个0码变换成V码，而在其他情况下，则保持消息代码的原样输出。为了为以后的编码过程提供方便，将原信号中的一位码元用2位二进制传输码表示，在进行加V码时，统一用"11"标识之，原l码用"01"标识，0码用"00"标识。图2所示为V码产生单元的工作流程图。

原信号NRZ_in通过V码产生单元(V_Gen)后的信号V_Gen_out波形如图3所示：

2．2 B码产生单元(B_Gen)

B码产生单元的功能是保证附加V码后的序列不破坏"极性交替反转"形成的无直流特性，即当相邻V码之间有偶数个非0码的时候，把后一小段的第1个0变换成一个非破坏符号一B码。因此，在判断某一0是否应被转化为B时，首先应保证其后第三位码元为V码元，因此，必须对当前码元进行暂存，等待其后第三位码元的到来。为实现此目的，首先把码元(经插V处理过的)放入一个3位的移位寄存器里，在同步时钟的作用下，同时进行是否加B码的判决，等到码元从移位寄存器里出来的时候，就可以决定是应该变换成B码，还是照原码输出。图4所示为B码产生单元的工作流程图。

来源：电子技术